CN110273209B - 一种高强阻燃耐高温型聚酰亚胺纱线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高强阻燃耐高温型聚酰亚胺纱线及其制备方法，包括以下步骤：(a)聚酰亚胺短切混合纤维前预处理；(b)开清棉‑梳棉‑并条‑粗纱；(c)粗纱直接制备细纱或细纱与细旦高强高模聚酰亚胺纤维在细纱机前钳口加捻卷绕制备成包芯纱；(d)制备的聚酰亚胺纱线进行上浆后处理。制备出的聚酰亚胺纱线毛羽量少，力学性能优异，阻燃性能极佳，长期使用温度可以达到350℃以上。

Description

一种高强阻燃耐高温型聚酰亚胺纱线及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织领域，具体涉及一种高强阻燃耐高温型聚酰亚胺纱线及其制备方法。
技术背景
随着科学技术的进步，易燃易爆产品增多、易燃易爆产品的使用量也大幅度升高，易燃易爆产品储存的危险性也越来越高，一旦发生泄漏爆炸，引起的火灾极度危险，火灾燃烧强度高持续时间长，火灾燃烧的温度也越来越高，普通救援阻燃防护服越来越不能满足使用要求，因此开发更为高端的阻燃防护服势在必行，而阻燃耐高温型防护的的纱线成为重要的影响因素。近年来，阻燃纱线需求量快速增加，市场对阻燃纱线也提出了更高的要求，阻燃、耐高温、能耐瞬时高温成为高性能纱线的发展趋势。
传统使用的阻燃纱线是添加阻燃剂的化纤(如尼龙、涤纶)或者在后整理阶段涂覆阻燃剂，这样的纤维主体不阻燃，耐温性能也较差。芳纶纤维制备的纱线，纱线本体阻燃，但是耐温性能不足，长期使用温度为200℃，在火灾救援过程中表现不尽人意。随着聚酰亚胺纤维产品技术工艺的日益成熟，用聚酰亚胺纤维制备的聚酰亚胺纱线逐渐兴起，聚酰亚胺纱线具有无可比拟的优势，聚酰亚胺纱线本体阻燃，纱线离开火源后会自动熄灭(离火自熄)，无烟无毒、无熔滴，聚酰亚胺纱线长期使用温度为300℃，瞬时温度可以达到580℃。而且聚酰亚胺纱线可以采用现有加工工艺，如环锭纱工艺、包芯纱工艺、气流喷射交缠纱线工艺、连续长丝工艺等，均可以生产出聚酰亚胺纱线。
在生产聚酰亚胺纱线过程中，由于聚酰亚胺纤维吸湿性低，预处理后的聚酰亚胺短切纤维依然有很大的静电，造成聚酰亚胺纱线在生产过程中短切纤维与短切纤维之间的抱合力较差，纺纱难度很大。生产出的聚酰亚胺纱线毛羽较多，聚酰亚胺纱线的力学性能较差。中国专利CN105755826A公开了一种高性能纤维纺纱过程静电消除制备方法，将表面修饰过的导电功能粉体和抗静电剂按比例混合，均匀喷洒在高性能短切纤维上，再用处理后的短切纤维纺纱。该方法能大幅度减少纺纱过程中毛羽量的产生，增强短切纤维的抱合力，提高纱线的力学性能。但是在实践操作过程中发现，如果仅仅在预处理前喷洒处理剂，处理剂在纱线表层附着不均匀，制备的纱线均一性较差，增加制备面料的难度，面料的成品率也较低。
CN104404671A涉及一种阻燃混纺纱线及其生产方法，该纱线由以下成分按重量百分比混纺而成，25-30％阻燃涤纶长丝，20-25％阻燃腈纶纤维，20-30％汉麻纤维，20-30％棉纤维。该工艺包括，将汉麻纤维和棉纤维分别制成生条，而后将汉麻生条和棉生条分别扯碎成散纤维状态，后经第二清梳联以单纤维形式混合，后制成汉麻/棉混纺精梳条；将阻燃腈纶纤维制成阻燃腈纶生条；将汉麻/棉混纺精梳条和阻燃腈纶生条制成混纺粗纱；细纱采用包芯方式得到阻燃混纺纱线；后经过等离子预处理和纱线阻燃剂整理得到所需阻燃混纺纱线。选用汉麻、棉纤维和两种阻燃纤维进行混纺，使纱线既具有优异阻燃性能，又具有优良抗菌、吸湿透气等服用性，细纱采用包芯方式，清除“支架效应”，提高阻燃性。
发明内容
针对以上技术问题，本发明的目的是克服现有技术中存在的不足。发明人针对聚酰亚胺纤维的特性，在传统生产流程的基础上，提供了一套适用于聚酰亚胺纤维的纺纱工艺，公开了在纺纱过程中前处理剂的制备方法和后处理剂的制备方法，从而制备出高强阻燃耐高温型聚酰亚胺纱线。发明人首先对短切纤维消静电预处理，之后采用传统的短纤维纺纱工艺流程或包芯纱纺纱工艺流程，经过开清棉、梳棉、并条、粗纱、细纱、络筒等工序，纺制成不同规格的纯纱、混纺纱线、包芯纱。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，本发明是一种高强阻燃耐高温型聚酰亚胺纱线及其制备方法，其技术方案特征：
一种高强阻燃耐高温型聚酰亚胺纱线的制备方法，包括如下重量百分比的组分：
Figure BDA0002116675810000021
Figure BDA0002116675810000031
包括以下步骤：
a.聚酰亚胺短切混合纤维前预处理：采用喷雾的方式将抗静电溶液按照要处理纤维的质量1-2％喷洒均匀，密封室温保存12-48h；
b.开清棉-梳棉-并条-粗纱；
c.粗纱直接制备细纱或细纱与细旦高强高模聚酰亚胺纤维在细纱机前钳口加捻卷绕制备成包芯纱；
d.制备的聚酰亚胺纱线进行上浆后处理，后处理剂为聚乙烯醇、氰酸酯水性乳液、环氧树脂水性乳液、酚醛水性乳液、聚酰胺酸水性乳液、有机硅水性乳液中的至少一种或多种。
优选的，所述的其他阻燃短切纤维优选为对/间位芳纶纤维、PBO纤维、黏胶纤维中的一种或多种。
优选的，所述的导电纤维优选为聚酰亚胺纤维表面金属化的导电纤维、添加炭黑的聚酰亚胺纤维、芳纶纤维表面金属化的导电纤维、添加炭黑的芳纶导电纤维、碳纤维中的至少一种或多种。
优选的，所述的的前预处理剂优选为抗静电剂与水的混合溶液，质量比为1:100～1:10。所述的抗静电剂优选为抗静电剂TM、抗静电剂D1821、抗静电剂F695、抗静电剂P、抗静电剂SN中的至少一种或多种。所述的抗静电剂的用量优选为纤维重量的1-5wt％。
优选的，所述的细旦高强高模聚酰亚胺纤维断裂强度优选为不小于20.8cN/dtex。
优选的，所述的的后处理剂优选为聚乙烯醇和有机硅的混合水性乳液，其中聚乙烯醇与有机硅的摩尔比为5-8:1。
优选的，所述的后处理剂加入量相对于水的重量优选为0.5-2wt％。
优选的，常规PI短切纤维与超耐高温PI短切纤维的质量比为2:1。
具体而言，本发明提供的一种高强阻燃耐高温型聚酰亚胺纱线及其制备方法，具体有以下优点：
1、公开了一种高强阻燃耐高温型聚酰亚胺纱线在纺纱过程中前处理剂的制备方法和后处理剂的制备方法。
2、前处理剂能够在一定程度上减少纱线的毛羽量，增强短切纤维之间的抱合力。
3、后处理剂在纱线表层均匀附着，很好的解决制备纱线均一性，能够大幅度减少纱线的毛羽量，使短切纤维之间的集束性增强，同时增强短切纤维之间的抱合力，能够提高纱线的力学性能。
4、前处理剂和后处理剂均为水溶性试剂，如有特殊用途后期需要去除助剂，去除处理剂的方法也更为简单彻底。
5、制备的聚酰亚胺纱线力学性能优异，阻燃性能极佳，耐温性能很高，能够达到高性能纱线的使用要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述发明。应说明的是：以下实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案。一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
实施例1：
一种高强阻燃耐高温型聚酰亚胺纱线及其制备方法，包括以下步骤：
a.常规聚酰亚胺短切纤维、超耐高温聚酰亚胺短切纤维、间位芳纶短切纤维、芳纶纤维表面金属化的导电纤维按重量比50：25：10：5混合后，使用抗静电剂F695与水的混合溶液，质量比为1:20进行预处理，处理后静置24h；
b.开清棉-梳棉-并条-粗纱；
c.由粗纱制成细纱，同时10％的细旦高强高模聚酰亚胺纤维(≥20.8cN/dtex)在细纱机前钳口与细纱加捻卷绕制备成包芯纱；
d.步骤c中制备的聚酰亚胺纱线使用1.5wt％有机硅水性乳液上浆后处理，烘干，热定捻，络筒成纱，即得到混纺聚酰亚胺包芯纱线。
实施例2
后处理剂为聚乙烯醇和有机硅的混合水性乳液，其中聚乙烯醇与有机硅的摩尔比为5:1，其他同实施例1。
实施例3
后处理剂为聚乙烯醇和有机硅的混合水性乳液，其中聚乙烯醇与有机硅的摩尔比为8:1，其他同实施例1。
实施例4
后处理剂为聚乙烯醇和有机硅的混合水性乳液，其中聚乙烯醇与有机硅的摩尔比为3:1，其他同实施例1。
实施例5
后处理剂为聚乙烯醇和有机硅的混合水性乳液，其中聚乙烯醇与有机硅的摩尔比为10:1，其他同实施例1。
实施例6
后处理剂为聚乙烯醇水溶液，其他同实施例1。
实施例7
常规聚酰亚胺短切纤维、超耐高温聚酰亚胺短切纤维、间位芳纶短切纤维、芳纶纤维表面金属化的导电纤维按重量比55：20：10：5，其他同实施例1。
实施例8
不加入10％的细旦高强高模聚酰亚胺纤维，常规聚酰亚胺短切纤维、超耐高温聚酰亚胺短切纤维、间位芳纶短切纤维、芳纶纤维表面金属化的导电纤维按重量比60：25：10：5，其他同实施例1。
对比例1
未进行前处理，其他同实施例1。
对比例2
未进行后处理，其他同实施例1。
对比例3
未进行前处理和后处理，其它同实施例1。
Figure BDA0002116675810000061
Figure BDA0002116675810000071
本发明按上述实施例得到的高强阻燃耐高温型聚酰亚胺纱线经测试具有下表1所示的优异技术指标:
表1测试结果
Figure BDA0002116675810000072
强度保持率为在350℃鼓风烘箱下热处理100h测试强度保持率。

Claims (8)

1.一种高强阻燃耐高温型聚酰亚胺纱线的制备方法，包括如下重量百分比的组分：
细旦高强高模聚酰亚胺长纤维 0-50%
常规聚酰亚胺短切纤维，长期使用温度300℃ 20-85%
超耐高温聚酰亚胺短切纤维，长期使用温度350℃ 10-85%
其他阻燃短切纤维 5-10%
导电纤维 1-5%；
常规PI短切纤维与超耐高温PI短切纤维的质量比为2:1；
包括以下步骤：
a. 将常规聚酰亚胺短切纤维、超耐高温聚酰亚胺短切纤维、其他阻燃短切纤维和导电纤维按照重量比混合后进行预处理：采用喷雾的方式将抗静电溶液按照要处理纤维的质量1-2%喷洒均匀，密封室温保存12-48h；
b. 开清棉-梳棉-并条-粗纱；
c. 粗纱直接制备细纱或细纱与细旦高强高模聚酰亚胺纤维在细纱机前钳口加捻卷绕制备成包芯纱；
d. 制备的聚酰亚胺纱线进行上浆后处理，后处理剂为聚乙烯醇和有机硅的混合水性乳液，其中聚乙烯醇与有机硅的摩尔比为5-8:1；所述的后处理剂加入量相对于水的重量优选为0. 5-2wt%。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的其他阻燃短切纤维为对/间位芳纶纤维、PBO纤维、黏胶纤维中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的导电纤维为聚酰亚胺纤维表面金属化的导电纤维、添加炭黑的聚酰亚胺纤维、芳纶纤维表面金属化的导电纤维、添加炭黑的芳纶导电纤维、碳纤维中的至少一种或多种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，抗静电剂与水的混合溶液质量比为1:100~1:10。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的抗静电剂为抗静电剂TM、抗静电剂D1821、抗静电剂F695、抗静电剂P、抗静电剂SN等中的至少一种或多种。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的抗静电剂的用量为纤维重量的1-5wt%。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的细旦高强高模聚酰亚胺纤维的断裂强度不小于20.8cN/dtex。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的高强阻燃耐高温型聚酰亚胺纱线。
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《碳纤维上浆剂的研究进展》;王昊，颜春，徐海兵，李超，陈刚，刘东，涂丽艳，陈明达;《热固性树脂》;20160531;第31卷(第三期);全文 *

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